以下、図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の好適な一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が一側面に形成される第1のセンサーバー11;圧電体からなる格子が一側面に形成される第2のセンサーバー12;第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12が、それぞれ水平(X)及び垂直(Y)の側面に結合されているタッチプレート20;第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12と連結して電気信号を受信する信号処理部30;信号処理部30で受信された信号を抽出して、打点の位置を算出する打点算出部40;及び、打点算出部40で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部50を含む。
ここで、圧電体からなる格子が一側面に形成される第1のセンサーバー11は、タッチプレート20の水平(X)側に結合されており、圧電体からなる格子が一側面に形成される第2のセンサーバー12は、タッチプレート20の垂直(Y)側に結合されている。
本発明の好適な一実施例に係る第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12は、タッチプレート20の側面に結合されるように、前記側面に沿って長手方向に延長されるバー形態であり、その断面の形状が四角形や三角形などのような多面体、円形や楕円形のような球面体であり得る。
第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12は、タッチプレート20の側面に結合されるが、これに限られず、側面ラインの正面、側面及び背面のうち、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する当業者の選択により結合され得る。
また、本発明の好適な一実施例において、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12がタッチプレート20の側面ラインに結合される場合、第1のセンサーバー11の一端と、第2のセンサーバー12の他端とを構造的に結合させることができる。このような結合形態は、当業者の選択により分離型又は一体型になり得る。一体型の場合には、タッチプレート20の水平(X)側に対応する部分が第1のセンサーバー11に相当し、タッチプレート20の垂直(Y)側に対応する部分が第2のセンサーバー12に相当する。これについては、以後、図4に基づいて具体的に説明する。
本発明の好適な一実施例において、タッチプレート20は、プレートの一部の地点をタッチして発生した振動を、水平(X)及び垂直(Y)の側面まで伝達させる役割を果たす。このようなタッチの対象になる画面は、タッチプレート20の正面又は背面にディスプレイされたり、別途の印刷用紙の形態に付着され得る。このために、本発明の一実施例に係るタッチプレート20は、ガラス、プラスチック及び木板などのような、振動減殺係数が小さくて一定の地点に対するタッチにより発生する振動を水平(X)及び垂直(Y)の側面まで伝達できる、振動伝達率が高い材質を用いるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子25地点まで低い損失率で伝えられて格子25に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
信号処理部30は、格子25から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを備えるのが好ましい。A/Dコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、DAS(Data Acquisition System)という。DASは、センサー、A/Dコンバータ及びコンピュータなどで構成される。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、A/Dコンバータは、これをコンピュータが読み込むことのできる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びA/Dコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
このように、本発明の信号処理部30は、圧電体からなる格子25により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部40で打点の位置を正確に算出できる。
好ましくは、本発明の一実施例に係る打点算出部40は、当業者の選択によりMCU(Micro Controller Unit)を始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部30で抽出された各格子25のデジタル信号を、タッチプレート20上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子25から受信された信号のX座標及びY座標を抽出し、MCUから最初信号の格子25のX座標及びY座標を抽出して、打点の位置を算出する。
このような構成により、タッチプレート20の何れか一つの地点をタッチすれば、その地点(以下“打点”という)から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート20を媒質として全方向に伝播され、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に形成されている格子25に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子25に到達すれば、圧電体からなる各格子25は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
各格子25から発生した電気信号は、信号処理部30で受信され、デジタル信号に変換され、打点算出部40でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部40は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子25の位置を抽出する。格子25の位置が算出されると、タッチプレート20のマトリックス上において、抽出された格子25の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態に存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
このような弾性波は、タッチプレート20のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレートをタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子25に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
それぞれの格子25は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子25が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子25の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子25は電気信号を発生させる。ここで、格子25の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
圧電体(Piezoelectrics)は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
現在、圧電体として広く用いられるPZT材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Pb(Zr、Ti)O3の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器などに広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(AFM)や超音波モーターなどに応用されている。
このように、圧電体からなる格子25は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子25や導線などにより信号処理部30と電気的に連結している。
信号処理部30では、それぞれの格子25から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上において、格子25の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
打点算出部40は、各格子25の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、前記電気信号を受信した格子25の地点を打点(P)のX座標及びY座標に設定し、打点の位置を算出する。
信号送信部50は、打点算出部40で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。外部装置と信号送信部50とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth(登録商標)方式による直接通信方式で連結でき、WiFi(登録商標)方式による間接通信方式で連結できる。また、Zigbee(登録商標)、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子25が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部30及び打点算出部40が信号を受信して最初信号を抽出し、これをX座標及びY座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
図2は、本発明の他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、打点から伝播される弾性波が、水平(X)又は垂直(Y)の側面に形成される二つ以上の格子25に同時に到達し得る。この場合、打点(P)の位置を抽出するが、複数の打点(P)の位置を算術平均して位置を決定し得る。例えば、水平(X)の側面に形成される格子の二つと、垂直(Y)の側面に形成される格子の二つとに、弾性波が同時に最初に受信されれば、同図に示すように、P1、P2、P3及びP4のような四つの交差点が発生し、これらの算術平均値を打点として算出し得る。
このように、本発明の実施例は、二つ以上の交差点を抽出し、これを算出平均した値を打点(P)として、より正確なタッチの打点(P)を検索し得る。
図3は、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレートがパターンされる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、タッチプレート20がメトリックス状にパターンされるものを除いては、図1の実施例と同様な構成を持つ。
本実施例では、ディスプレイにタッチする場合、打点(P)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(P)から格子点への最短距離が直線経路という点に着眼して、タッチプレート20の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターンを形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
図4aは、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート20の側面ラインのうち、第1のセンサーバー11及び第2のセンサー12が結合されていない側面ラインに、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に対応する追加側面バー13、14がさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
このような追加側面バー13、14は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12を構造的に支持するための構成である。第1のセンサーバー11、第2のセンサーバー12及び各センサーバー11、12の対応位置に結合される追加側面バー13、14の隣接した端部は、分離型に形成されることができる。このとき、追加側面バー13、14の一側面に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12のように圧電体からなる格子が形成されることもできる。
図4bは、本発明のまた他の実施例に係るタッチプレート20の側面ラインのうち、第1のセンサーバー11及び第2のセンサー12が結合されていない側面ラインに、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に対応する追加側面バー13、14がさらに結合される、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
このような追加側面バー13、14は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12を構造的に支持するための構成である。第1のセンサーバー11、第2のセンサーバー12及び各センサーバー11、12の対応位置に結合される追加側面バー13、14の隣接した端部は、一体型に形成されることができる。このとき、追加側面バー13、14の一側面に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12のように圧電体からなる格子が形成されることもできる。
図5は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図5には、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ80から投影される画面に対するタッチの入力を受け、打点に関する情報を外部コンピュータ装置70に提供する過程を説明するための図である。
図5に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子(図示せず)が一側面に形成される第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12が、それぞれ水平(X)及び垂直(Y)の側面に結合されるタッチプレート20;第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12と連結しており、電気信号を受信する信号処理部30;信号処理部で受信された電気信号により、タッチプレートに対するタッチ位置を算出する打点算出部40;算出された打点位置情報を外部コンピュータ装置70に、無線61又は有線65で伝送する信号送信部50;特定位置基盤の作業入力が必要な画面を生成し、画面に対応する打点位置情報を信号送信部50から無線62又は有線65で受信するコンピュータ装置70;及び、コンピュータ装置70で生成した、特定位置基盤の作業入力が必要な画面をタッチプレート20上に投影するプロジェクタ80を含む。
本実施例では、コンピュータ装置70がタッチ入力が必要な画面を生成してプロジェクタ80に送信すれば、プロジェクタ80がこれをタッチプレート20上に投影する。タッチプレート20上に投影された画面に対してタッチ入力(P)がある場合、第1のセンサーバー11、第2のセンサーバー12、信号処理部30及び打点算出部40により、タッチが発生した打点(P)に関する位置情報が算出される。このように算出された打点(P)に関する位置情報は、信号送信部50によりコンピュータ装置70に伝送される。このとき、信号送信部50及びコンピュータ装置70は、それぞれ無線通信装備61、62を備え、 互いに無線で連結されれば、無線で打点(P)に関する位置情報を伝送し、互いに有線65で連結されれば、有線65で打点(P)に関する位置情報を伝送する。
本発明のまた他の実施例では、タッチプレート20の何れか一つの地点をタッチすれば、その打点から振動波や弾性波が発生する。このように発生した弾性波は、タッチプレート20を媒質として全方向に、次の数式1のような速度で伝播される。
このとき、v(t)は時間tにおける弾性波の速度、v
0はタッチ時に発生する弾性波の初期速度、及び、v
d(t)はタッチプレート20の固有減殺係数に係る弾性波の速度減少分である。一般に、タッチプレート20の材質及び厚さが決定されると、v
0及びv
d(t)は容易に計算できる。このように、弾性波は、v(t)の速度で打点から伝播されて、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に形成される格子25に到達することになり、圧電体からなる各格子25は、弾性波により圧力又はストレスを受けて電気信号を発生する。
各格子25から発生した電気信号は、信号処理部30で受信されて、デジタル信号に変換され、打点算出部40がデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部40は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子25の位置を抽出する。格子25の位置が算出されると、タッチプレート20のマトリックス上において抽出された格子25の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
ここで、タッチプレート20上に汚染物質が存在する場合、タッチにより発生する弾性波の進行に遅延又は屈折が発生し得る。これにより、弾性波が格子25への順次伝達が困難になり、受信信号パターンに異常、すなわちノイズが発生し得る。このとき、打点算出部40は、このような異常発生を感知して、汚染物質による意図しない入力エラーを防止することになる。
図6は、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部40は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第1の格子情報格納部43と、第1の格子情報格納部43に格納される信号の受信パターンの異常可否を判断するノイズ判断部42と、第1の格子情報格納部に格納される情報に基づいて打点の位置を算出する第1の格子情報分析部41とを含む。
第1の格子情報格納部43には、タッチにより発生する弾性波を受信する格子に関する情報が格納される。以下、図7に基づき、本発明の好適な実施例に係る格子情報格納部43に格納される受信格子情報について詳細に説明する。
図7は、本発明のまた他の実施例に係る第1の格子情報格納部43に格納される格子情報の構成を示す図である。具体的には、同図に示すように、振動を受信する圧電体からなる格子をそれぞれ区別するための格子識別情報(P10、P20、P30、P40、P50...P01、P02、P03、P04、P05...)と、各格子が振動を感知する時間情報(t10、t20、t30、t40、t50...t01、t02、t03、t04、t05...)とを含む。
本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、打点から伝達される弾性波を受信する格子の位置及び弾性波受信時間に基づいて打点の位置を確認するため、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12の一側面に形成される格子のそれぞれに対して区別される識別番号を付与する。具体的な識別番号付与体系は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した当業者の選択により決定され得るが、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に形成される格子が区別されるようにするのが好ましい。
好ましくは、格子が形成される第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12は、タッチプレート20の水平(X)及び垂直(Y)の側面に形成される。よって、第1の格子情報格納部43には、図7に示すように、水平(X)及び垂直(Y)の側面のそれぞれに対し、格子識別情報と各格子に対して振動を感知する時間情報とを区別して含むことができる。
図7に示すように、タッチにより発生する弾性波は、水平(X)方向の第1のセンサーバー11に形成されるP10格子に最初に受信され、P10格子が弾性波を受信する時間はt10である。順次、P20格子がt20時間に、P30格子がt30時間に、弾性波を受信する。また、タッチにより発生する弾性波は、垂直(Y)方向の第2のセンサーバー12に形成されるP01格子に最初に受信され、P01格子が弾性波を受信する時間はt01である。順次、P02格子がt02時間に、P03格子がt03時間に、振動を受信する。
第1の格子情報分析部43は、各格子25が振動を受信する位置及び時間に関する情報に基づいて打点(P)のX座標及びY座標を算定し、打点の位置を算出する。本発明の好適な一実施例に係る第2の格子情報分析部48は、最初に振動を受信する格子及び前記格子に隣接している格子らの位置と、振動を受信する格子らの振動受信時間情報と、タッチプレート20という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度情報v(t)とを用いて、打点の位置を算出する。すなわち、タッチプレート20という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度と、各格子が振動を受信する相対的な時間情報とを用いる場合、振動の移動距離を算出でき、これに基づいて打点の水平(X)及び垂直(Y)の方向の位置を算出できる。
以下、図8a及び図8bに基づき、本発明のまた他の実施例では、第1の格子(P10)に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート20の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子25に受信される時、ノイズ判断部42を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
図8aは、タッチプレート20上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子25まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)に最初(t10)に受信され、順次、第1の格子(P10)の左右に隣接している第2の格子(P20)及び第3の格子(P30)に同時(t20)に受信され、第2の格子(P20)及び第3の格子(P30)の左右に隣接している第4の格子(P40)及び第5の格子(P50)に同時(t30)に受信される。
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(t10)した第1の格子に対し、両側に隣接している第2の格子及び第3の格子が同時(t20)に振動を感知すれば、第2の格子及び第3の格子に隣接している第4の格子及び第5の格子も同時(t30)に振動を感知したか否かに基づいて、信号の受信パターンの異常可否を判断する。或いは、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート20上で弾性波の伝播速度がv(t)であり、各格子間の距離は知られているので、各格子(P40、P50)に弾性波が受信される予想時間を算出して信号の受信パターンの異常可否を判断できる。すなわち、ノイズ判断部42は、算出された予想時間と実際に各格子に振動が受信される時間(t30)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。図8aの場合、タッチプレート20上に汚染物質が存在しなくて、算出された予想時間と実際に振動が受信された時間とが同一であるので、汚染物質による信号の受信パターンに異常がないと判断する。
図8bは、タッチプレート20上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図8bでは、タッチプレート20上に存在する汚染物質により、格子25に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図8aとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)に最初(t10)に受信され、順次、第1の格子(P10)の左右に隣接している第2の格子(P20)及び第3の格子(P30)に同時(t20)に受信され、第2の格子(P20)に隣接している第4の格子(P40)に受信(t30)され、第3の格子(P30)に隣接している第5の格子(P50)に受信(t40)される。
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(t10)した第1の格子に対し、両側に隣接している第2の格子及び第3の3格子が同時(t20)に振動を感知すれば、第2の格子及び第3の格子に隣接している第4の格子及び第5の格子に振動が受信される時間(t30、t40)が同一か否かに基づいて、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
或いは、格子(P40、P50)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と実際に各格子25に振動が受信される時間(t30、T40)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
図8bの場合、第5の格子(P50)の近所に汚染物質が存在する場合、第5の格子(P50)の方に進行される振動は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第5の格子(P50)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(t40)とが異なることになる。このとき、ノイズ判断部42は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
以下、図9a及び図9bに基づき、本発明のまた他の実施例では、第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート20の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子25に受信される時、ノイズ判断部42を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
図9aは、タッチプレート20上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子25まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)に最初に同時(t10)に受信され、順次、第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の左右に隣接している第3の格子(P30)及び第4の格子(P40)に同時(t20)に受信される。
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、隣接している第1の格子及び第2の格子が同時(t10)に振動を受信すれば、第1の格子及び第2の格子に隣接している第3の格子及び第4の格子に同時(t20)に振動が受信されたか否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
或いは、各格子(P30、P40)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と実際に各格子25に振動が受信される時間(t20)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
図9aの場合、タッチプレート20上に汚染物質が存在しなくて、算出された予想時間と実際に振動が受信された時間とが同一であるので、汚染物質による信号の受信パターンに異常がないものと判断する。
図9bは、タッチプレート20上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図9bでは、タッチプレート20上に存在する汚染物質により、格子25に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図9aとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)に最初(t10)に受信され、順次、第1の格子(P10)に隣接している第3の格子(P30)に受信(t20)され、第2の格子(P20)に隣接している第4の格子(P40)に受信(t30)される。
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、隣接している第1の格子及び第2の格子が最初に弾性波を受信し、その時間が同一(t10)すれば、第1の格子及び第2の格子に隣接している第3の格子及び第4の格子に振動が受信される時間(t20、t30)が同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
或いは、各格子(P30、P40)に振動が受信される予想時間を算出した後、算出された予想時間と、実際に各格子25に振動が受信された時間(t20、t30)とを比較して、互いに同一か否かに基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断できる。
図9bの場合、第4の格子(P40)の近所に汚染物質が存在する場合、第4の格子(P40)の方に進行される振動は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第4の格子(P40)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(t30)とが異なることになる。このような場合、ノイズ判断部42は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
以下、図10a及び図10bに基づき、本発明のまた他の実施例では、第1の格子(P10)から第2の格子(P20)の方へ1/4程度離隔された位置、すなわち、第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の中間位置と第1の格子(P10)との中間位置に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレート20の何れか一つの地点をタッチして発生する弾性波が、タッチセンサーシステムの各格子25に受信される時、ノイズ判断部42を通して汚染物質による信号の受信パターンの異常可否を判断する過程を詳細に説明する。
図10aは、タッチプレート20上に汚染物質が存在しないため、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延の発生なしに、格子25まで伝達される過程を示す図である。すなわち、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)に最初(t10)に受信され、順次、第2の格子(P20)に受信(t20)され、第3の格子(P30)に受信(t30)され、第4の格子(P40)に受信(t40)される。
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(t10)した第1の格子に対し、両側に隣接している第2の格子及び第3の格子のうち、第2の格子が先に弾性波を受信(t20)すれば、第3の格子に弾性波が受信される時間(t30)、又は、第2の格子に隣接している第4の格子に弾性波が受信される時間(t40)に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。より詳しくは、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート20上で弾性波の伝播速度がv(t)であり、各格子間の距離は知られているので、各格子(P30、P40)に振動が受信される予想時間を算出できる。ノイズ判断部42は、算出された予想時間と実際に各格子25に振動が受信される時間(t30、t40)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。
図10bは、タッチプレート20上に汚染物質が存在して、タッチにより発生する弾性波の屈折又は遅延が発生する過程を示す図である。図10bでは、タッチプレート20上に存在する汚染物質により、格子25に受信される弾性波の屈折又は遅延が発生するため、図10aとは異なり、タッチにより発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)に最初(t10)に受信され、順次、第2の格子(P20)に受信(t20)され、汚染物質による速度変化がある振動波が第3の格子(P30)及び第4の格子(P40)に受信(t30、t40)される。
前記のようなパターンにより振動が受信される場合、すなわち、最初に振動を受信(t10)した第1の格子に対し、両側に隣接している第2の格子及び第3の格子のうち、第2の格子が先に振動を受信(t20)すれば、第3の格子に振動が受信される時間(t30)、又は、第2の格子に隣接している第4の格子に振動が受信される時間(t40)に基づき、信号の受信パターンの異常可否を判断する。すなわち、弾性波の進行距離は弾性波の伝播速度と時間との積により計算でき、タッチプレート20上で弾性波の伝播速度がv(t)であり、各格子25間の距離は知られているので、各格子(P30、P40)に振動が受信される予想時間を算出できる。ノイズ判断部42は、算出された予想時間と実際に各格子25に振動が受信される時間(t30、t40)とを比較して、互いに同一か否かにより信号の受信パターンの異常可否を判断する。
図10bの場合、第3の格子(P30)及び第4の格子(P40)の近所に汚染物質が存在する場合、第3の格子(P30)及び第4の格子(P40)の方に進行される振動波や弾性波は、汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生する。汚染物質により振動波の屈折又は遅延が発生すれば、第3の格子(P30)及び第4の格子(P40)への振動受信予想時間と、実際の振動受信時間(t30、t40)とが異なることになる。このとき、ノイズ判断部42は、汚染物質による信号の受信パターンに異常があるものと判断する。
汚染物質により、振動波の屈折又は遅延が発生し、振動波の伝播速度が変化する。このとき、振動波の伝播速度は、遅くなったり速くなったりする。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、汚染物質により振動波の伝播速度が速くなる場合も、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲に含まれることが分かる。
こうした方法により、ノイズ判断部42は、各格子25から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断できる。ノイズ判断部42は、タッチによる入力がある毎に各格子25から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断でき、使用者の要請によって信号の受信パターンの異常可否を判断できる。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、ノイズ判断部42が各格子25から受信される信号の受信パターンの異常可否を判断する際、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様に具現できることが分かる。
また、ノイズ判断部42は、信号の受信パターンに異常があると判断される場合、新たにタッチによる入力信号を要請(Push)したり、タッチによる入力信号のパターンに異常があることを通知(Push)する。或いは、タッチによる入力信号発生に対する補正過程を行うこともできる。
打点算出部40は、本発明のまた他の実施例による打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、タッチプレート20とタッチプレート20上にディスプレイされる画面との位置及びサイズが異なる場合、タッチプレート20上に入力される打点の位置情報を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うようにマッピングさせ、ディスプレイされる画面を基準として変換されたタッチ位置情報を生成する。本発明の好適な実施例に係る打点算出部40は、信号処理部30で受信される電気信号によりタッチプレート20上のタッチ位置を算出する第1の打点算出部44と、第1の打点算出部44により算出されるタッチプレート上のタッチ位置を、タッチプレート20上にディスプレイされる画面に対する相対的な位置に変換する第2の打点算出部47とを含む。
第1の打点算出部44は、各格子25から受信される電気信号のうち、最初に受信される電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子25の地点を打点(P)のX座標及びY座標に設定し、打点の位置を算出する。このとき、第1の打点算出部44で算出される座標は、タッチプレート20の全体を基準として打点(P)の位置を算出するもので、第2の打点算出部47を用いてディスプレイされる画面に対する相対的な位置に変換する作業が必要である。
以下、図11に基づき、本発明の好適な実施例に係るタッチセンサーシステムの第2の打点算出部47において、打点の位置情報をタッチプレート20上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を詳細に説明する。
図11は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにおいて、第2の打点算出部47で打点の位置情報をタッチプレート20上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する過程を示す図である。同図に示すように、タッチプレート20のP1、P2、P3及びP4からなる一部の領域に、タッチによる入力が必要な画面がディスプレイされる場合、打点の位置情報をタッチプレート20の全体を基準として算出する第1の打点算出部44のみがあり、算出された打点の位置情報をタッチプレート20上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに合せて変換する第2の打点算出部47がないと、ディスプレイされる画面に対するタッチ位置と、タッチセンサーシステムのタッチプレート20が認識するタッチ位置とに差が発生する。例えば、図11において、P1、P2、P3及びP4からなる領域にタッチによる入力が必要な画面がディスプレイされる場合、P1地点が、ディスプレイされる画面上は(0、0)を意味するが、第2の打点算出部47がないタッチセンサーシステムは(m、n)として認識する。よって、使用者が、ディスプレイされる画面の(0、0)地点をクリックするためにP1地点をタッチする場合、タッチ位置をタッチプレート20の全体を基準として第2の打点算出部47がないタッチセンサーシステムは(m、n)地点がタッチされたものと認識し、最終的にディスプレイされる画面を生成するコンピュータ装置は、P1地点を基準として、X軸方向にmだけ、Y軸方向にnだけ、離れているP5地点がタッチされたものと判断することになる。
したがって、第1の打点算出部44により算出されるタッチプレート20上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うタッチ情報に変換する第2の打点算出部47が必要になる。
例えば、図11に示すように、ディスプレイされる画面がP1、P2、P3及びP4を四つの頂点とする四角形である場合、P1をタッチすれば、(m、n)というタッチプレート20上の位置情報を、(0、0)というディスプレイされる画面上の位置情報に変換する過程が必要である。より詳しくは、タッチプレート20上におけるP1は(m、n)の位置情報を持つが、ディスプレイされる画面上では(0、0)の位置情報を持つように変換しなければならない。このような変換過程により、ディスプレイされる画面に対して適切な入力情報として加工できる。本発明の好適な一実施例に係る第2の打点算出部47は、タッチによる入力が必要な画面がタッチプレート20上の一部の領域にディスプレイされる場合、タッチプレート20に対してなされるタッチの位置を、ディスプレイされる画面上の位置に合せてマッピングさせる。
また、本発明の好適な一実施例に係る第2の打点算出部47は、タッチプレート20と、ディスプレイされる画面との位置及びサイズが異なるため、画面がディスプレイされない部分に関するタッチ情報が入力される場合、前記打点に対して入力がないものと判断し得る。タッチセンサーシステムは、ディスプレイされる画面に対する直観的な入力方法を提示するもので、画面から逸脱する入力がある場合、第2の打点算出部47で入力がないものと判断しなければ、前記入力によりエラーが発生することがある。このとき、第2の打点算出部47は、画面から逸脱する打点の入力があることを通知(Push)することもできる。
第2の打点算出部47は、第1の打点算出部44により算出されるタッチ位置情報を、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに合うタッチ情報に変換する時、ディスプレイされる画面がタッチプレート20上のどの部分に位置しているかに関する情報を必要とする。本発明の好適な実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報を管理する画面判断部46をさらに含むことができる。画面判断部46は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報が使用者により入力されたり、システムに設定されたり、ディスプレイされる画面の相対的な位置及びサイズを感知して画面の位置及びサイズ情報が生成されたりする。
より詳しくは、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報が使用者により入力される場合、画面判断部46は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに対する二つ以上の位置情報の入力を受け、前記位置情報に基づいて画面の位置及びサイズを計算できる。ディスプレイされる画面の水平(X)及び垂直(Y)のラインが、それぞれタッチプレート20の水平(X)及び垂直(Y)の側面と平行又は対応する四角形である場合、画面判断部46は、二つの位置情報(P1、P4)の入力だけに基づいてP2、P3の位置を計算でき、画面の相対的な位置及びサイズを計算できる。
また、本発明の好適な実施例に係る画面判断部46には、より正確な画面の相対的な位置及びサイズを計算するために、三つ以上の位置情報が入力されることができる。例えば、三つの位置情報(P1、P2、P4)が入力される場合、これに基づいてP3の位置を計算でき、画面の位置及びサイズを計算できる。画面が多角形である場合、入力される位置情報に基づいて画面判断部46が画面の位置及びサイズを計算できることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者であれば分かる。
また、ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報は、既設定によりシステムに格納されることもできる。すなわち、タッチプレート20上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに一定のパターンが存在する場合、この位置及びサイズに関する情報をシステムに格納したり、又は、予めシステムに格納されている。
本発明に適用可能な好適な実施例において、サイズに関する情報は、タッチプレート20上の特定の位置に合せて格納され、ディスプレイされる画面がディスプレイされる画面のサイズに対応する位置にディスプレイされるように設定できる。このとき、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、第1の打点算出部44により算出されるタッチプレート20上のタッチ位置を、第2の打点算出部47によりディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する時、システムに設定されている情報を用いて、タッチ位置を画面に対する相対的な位置に合せて変換する。
ディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報がシステムに設定されている場合、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、前記情報に基づいて、タッチプレート20上に設定されている画面の位置及びサイズに関する情報を表示できる。これについては、図12a及び図12bに基づいて詳細に説明する。
図12a及び図12bは、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図12a及び図12bには、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ80からタッチプレート20上に投影される画面に対するタッチの入力を受け、前記打点に関する情報を外部コンピュータ装置70に提供する過程を説明するための図である。
図12aに示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子が一側面に形成される第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12が、それぞれ水平(X)及び垂直(Y)の側面に結合されるタッチプレート20;第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12と連結しており、電気信号を受信する信号処理部30;信号処理部30で受信された電気信号と、ディスプレイされる画面に関する位置及びサイズ情報とを用いて、ディスプレイされる画面に対する相対的なタッチ位置を算出する打点算出部40;算出された打点位置情報を無線62又は有線65で受信するコンピュータ装置70;及び、コンピュータ装置70で生成した、特定位置基盤の作業入力が必要な画面をタッチプレート20上に投影するプロジェクタ80を含む。
ここで、打点算出部40は、信号処理部30で受信された電気信号により、タッチプレート20上のタッチ位置を算出する第1の打点算出部44;設定のディスプレイされる画面の位置及びサイズ情報に基づいて、タッチプレート20上に設定された画面の位置及びサイズに関する情報を表示する設定画面提示部45;ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、設定画面提示部45で表示した画面の位置及びサイズに合う画面がタッチプレート20上にディスプレイされたか否かを判断する画面判断部46;及び、第1の打点算出部44により算出されたタッチプレート20上のタッチ位置を、ディスプレイされる画面に対する相対的な位置に合せて変換する第2の打点算出部47を含む。
図12aに示すように、プロジェクタ80を用いてコンピュータ装置70から送信される画面をタッチプレート20上にディスプレイしたい場合、打点算出部40の設定画面提示部45は、設定画面の位置及びサイズ情報に基づいて、コンピュータ装置70から送信される画面をタッチプレート20上に表示できる。
より詳しくは、本発明の好適な一実施例において、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、コンピュータ装置70を用いてタッチ入力が必要な画面がプロジェクタ80に送信されると、プロジェクタ80が画面をタッチプレート20上に投影する。このとき、プロジェクタ80により投影される画面は、図12aに示すように、タッチプレート20より小さいサイズになり得る。
これにより、ディスプレイされる画面の位置及びサイズと、タッチプレート20の位置及びサイズとに差が発生して、第1の打点算出部44で算出されたタッチプレート20上のタッチ位置情報が、第2の打点算出部47により画面の位置及びサイズに合せて変換される。
図12aに示すように、設定画面提示部45は、ディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報をタッチプレート20上に表示できる。より詳しくは、プロジェクタ80を用いてタッチプレート20上に画面をディスプレイする際、ディスプレイされる画面がシステムに格納された位置及びサイズに合せてディスプレイされるようにガイドする情報をタッチプレート20上に表示できる。ガイド情報は、図12aの点線で表示したように、タッチプレート20の特定の位置及びサイズを持つ領域として表示される。このようなガイド情報は、必要に応じて、タッチプレート20上に予め印刷されていたり、別途にディスプレイできる。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、前記表現方法が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内において多様に変形できることが分かる。
このとき、本発明の好適な実施例において、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムは、設定画面提示部45で表示する設定画面の位置及びサイズ情報に合せて、画面をディスプレイしたか否かを判断する画面判断部46を含む。画面判断部46は、ディスプレイされる画面からの光を感知する光センサーを用いて、設定画面提示部45で表示する設定画面の位置及びサイズ情報に合せて、画面をディスプレイしたか否かを判断する。画面判断部46により、プロジェクタ80からディスプレイされる画面が、設定画面の位置及びサイズに合せてディスプレイされているか否かを確認できる。画面判断部46は、設定画面の位置及びサイズ情報に合せて画面がディスプレイされていない場合、これを使用者にメッセージなどの手段により通知(Push)する。
また、画面判断部46は、ディスプレイされる画面のサイズ及びタッチプレート20上での相対的な位置を感知して、画面の位置及びサイズに関する情報を生成できる。
図12bは、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図12bでは、図12aとは異なり、設定画面提示部45が、タッチプレート20上にディスプレイされる画面の位置及びサイズに関する情報を表示しない。プロジェクタ80を用いて、コンピュータ装置70から送信される画面をタッチプレート20上にディスプレイすれば、画面判断部46は、タッチプレート20上にディスプレイされる画面のサイズ及びタッチプレート20上での相対的な位置を感知して、前記画面の位置及びサイズに関する情報を生成する。
画面のサイズ及び位置情報を生成するために、画面判断部46は、光センサーを用いて画面を構成する光を感知して、画面のサイズ及び位置を判断できる。光センサーは、タッチプレート20の正面又は背面に結合されたり別途に付着されたりする。
このような過程により、タッチプレート20上にディスプレイされる画面に対してタッチ入力(P)がある場合、第1のセンサーバー11、第2のセンサーバー12、信号処理部30及び打点算出部40により、タッチが発生した打点(P)に関する位置情報を算出する。
このように算出された打点(P)に関する位置情報は、信号送信部50によりコンピュータ装置70に伝送される。このとき、信号送信部50及びコンピュータ装置70は、それぞれ無線通信装備61、62を備え、互いに無線で連結されれば、無線で打点(P)に関する位置情報を伝送し、互いに有線65で連結されれば、有線65で打点(P)に関する位置情報を伝送する。
図13は、本発明のまた他の実施例に係る打点算出部の具体的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部40は、振動を受信した二つ以上の格子に関する情報を格納する第2の格子情報格納部49と、格子情報格納部49に格納された情報に基づいて打点の位置を算出する第2の格子情報分析部48とを含む。
第2の格子情報格納部49には、タッチにより発生する振動を受信する格子に関する情報が格納される。以下、図14に基づき、本発明の好適な実施例に係る格子情報格納部49について詳細に説明する。図14は、本発明の好適な一実施例に係る第2の格子情報格納部49に格納される格子情報の構成を示す図である。具体的には、図14に示すように、振動を受信した圧電体からなる格子を区別するための格子識別情報(P10、P20、P30、P40、P50...P01、P02、P03、P04、P05...)と、各格子が振動を感知した時間情報(t10、t20、t30、t40、t50...t01、t02、t03、t04、t05...)とを含む。
本発明の好適な一実施例に係るタッチセンサーシステムは、打点の振動を受信する格子の位置に基づいて打点の位置を確認するため、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12の一側面に形成される格子のそれぞれに対して区別される識別番号を付与する。具体的な識別番号付与体系は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した当業者の選択により決定され得るが、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に形成される格子が区別されるようにするのが好ましい。
好ましくは、格子が形成される第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12は、タッチプレート20の水平(X)及び垂直(Y)の側面に形成される。よって、第2の格子情報格納部49には、図14に示すように、水平(X)及び垂直(Y)の側面のそれぞれに対し、格子識別情報と各格子に対して振動を感知する時間情報とを区別して含むことができる。
図14に示すように、タッチにより発生する振動は、水平(X)方向の第1のセンサーバー11に形成されるP10格子に最初に受信され、P10格子が振動を受信する時間はt10である。順次、P20格子がt20時間に、P30格子がt30時間に、振動を受信する。また、タッチにより発生する振動は、垂直(Y)方向の第2のセンサーバー12に形成されるP01格子に最初に受信され、P01格子が振動を受信する時間はt01である。順次、P02格子がt02時間に、P03格子がt03時間に、振動を受信する。
第2の格子情報分析部48は、各格子25が振動を受信する位置及び時間に関する情報に基づいて、格子25地点を基準として打点(P)のX座標及びY座標を算定し、打点の位置を算出する。本発明の好適な一実施例に係る第2の格子情報分析部48は、最初に振動を受信する格子及び前記格子に隣接している格子らの位置と、振動を受信する格子らの振動受信時間情報と、タッチプレート20という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度情報とを用いて、打点の位置を算出する。すなわち、タッチプレート20という媒質上で振動が伝播される振動の移動速度と、各格子が振動を受信する相対的な時間情報とを用いる場合、振動の移動距離を算出でき、これに基づいて打点の水平(X)及び垂直(Y)の方向の位置を算出できる。
以下、図15a、図15b及び図15cに基づき、本発明のまた他の実施例に係るタッチセンサーシステムの第2の格子情報分析部48により、打点の位置を算出する過程を詳細に説明する。
図15aに示すように、第1の格子(P10)に対する垂直延長線上の一定位置で、タッチプレートの何れか一つの地点(P1)をタッチすると、発生した振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)に最初(t10)に受信され、順次、第1の格子(P10)の左右に隣接している第2の格子(P20)及び第3の格子(P30)に同時(t20)に受信される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第1の格子(P10)に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第2の格子情報分析部48は、最初に振動波や弾性波を受信する第1の格子(P10)の位置を基準として振動の位置を計算することになる。
図15bに示すように、第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置(P3)でタッチプレートをタッチすれば、発生した振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)に最初(t10)に受信され、順次、第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の左右に隣接している第3の格子(P30)に受信(t20)される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の中間位置に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第2の格子情報分析部48は、最初に振動波や弾性波を受信した第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の中間位置を基準として振動の位置を計算することになる。
図15cに示すように、第1の格子(P10)から第2の格子(P20)の方へ1/4程度離隔された位置、すなわち、第1の格子(P10)及び第2の格子(P20)の中間位置と第1の格子(P10)との中間位置に対する垂直延長線上の一定位置(P3)でタッチプレートをタッチすれば、発生する振動波や弾性波は、センサーバーに形成される第1の格子(P10)に最初(t10)に受信され、順次、第2の格子(P20)に振動が受信(t20)され、第3の格子(P30)に受信(t30)される。よって、前記のようなパターンにより振動が受信される場合は、第1の格子(P10)から第2の格子(P20)の方へ1/4程度離隔された位置に対する垂直延長線上の一定位置でタッチが発生したものを確認できる。したがって、第2の格子情報分析部48は、最初に振動波や弾性波を受信する第1の格子(P10)から、振動波や弾性波を受信する第2の格子(P20)の方へ1/4程度離隔された位置を基準として振動の位置を計算することになる。
本発明の一実施例に係る打点算出部40は、当業者の選択によりMCUを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部30で抽出された各格子25点のデジタル信号を、タッチプレート20上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカード25により、格子25から受信された信号のX座標及びY座標を抽出して打点の位置を算出する。
信号送信部50は、打点算出部40で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。外部装置と信号送信部50とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth(登録商標)方式による直接通信方式で連結でき、WiFi(登録商標)方式による間接通信方式で連結できる。また、Zigbee(登録商標)、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
図16は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムで打点の位置を算出する過程を示す図である。
タッチプレート20の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート20を媒質として全方向に伝播され、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に形成されている格子25に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子25に到達すれば、圧電体からなる各格子25は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
各格子25から発生した電気信号は、信号処理部30で受信され、デジタル信号に変換し、打点算出部40でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部40は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子25の位置を抽出する。格子25の位置が算出されると、タッチプレート20のマトリックス上において、抽出された格子25の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
このような弾性波は、タッチプレート20のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレートをタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子25に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
打点からそれぞれの格子25は弾性波や振動波を吸収するが、格子25が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子25の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子25は電気信号を発生させる。ここで、格子25の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
現在、圧電体として広く用いられるPZT材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Pb(Zr、Ti)O3の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器などに広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(AFM)や超音波モーターなどに応用されている。
このように、圧電体からなる格子25は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子25や導線などにより信号処理部30と電気的に連結している。
信号処理部30では、それぞれの格子25から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子25の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
打点算出部40は、信号処理部30から振動を受信した格子25の位置及び格子25が振動を受信した時間に関する情報を受信して、打点(P)のX座標及びY座標を算出する。
信号送信部50は、打点算出部40で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味する。
図17は、本発明のまた他の実施例に係る圧電体からなる格子が、バーの一側面に形成されず、タッチプレート20の水平(X)及び垂直(Y)の側面に形成されることで、第1のセンサー部15及び第2のセンサー部16を構成した打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
このような構成は、タッチセンサーシステムを構成する原価の減少、構成の単純化及び一体化のためのものである。また、本発明の好適な一実施例において、第1のセンサー部15及び第2のセンサー部16を保護するために、カバーをさらに含むことができる。
図18は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が一側面に形成される第1のセンサーバー11;圧電体からなる格子が一側面に形成され、端部が第1のセンサーバーの端部に垂直方向に結合される第2のセンサーバー12;第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12と連結して電気信号を受信する信号処理部30;信号処理部30で受信された信号を抽出して、打点の位置を算出する打点算出部40;及び、打点算出部40で算出された打点位置情報を外部に伝送する信号送信部50を含む。
本発明の好適な一実施例において、圧電体からなる格子が一側面に形成される第1のセンサーバー11は、タッチ入力が進行される画面21の水平(X)側面に対応し、圧電体からなる格子が一側面に形成される第2のセンサーバー12は、タッチ入力が進行される画面21の垂直(Y)側面に対応する。また、第1のセンサーバー11の一側端と第2のセンサーバー12の他側端とは垂直方向に結合されている。タッチ入力が進行される画面21に合せて第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12を設置したり、設置された第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12からなる領域に合せてタッチ入力が進行される画面をディスプレイすることもできる。
本発明の好適な一実施例に係る第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12は、タッチ入力が進行される画面21の水平(X)又は垂直(Y)の側面に結合されるように、前記側面に沿って長手方向に延長されたバー形態であり、その断面の形状が四角形や三角形などのような多面体、円形や楕円形のような球面体であり得る。
図19aは、本発明のまた他の実施例に係る第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12で使われるセンサーバー10の構造を示す図である。図19aに示すように、センサーバー10の一側面には、圧電体からなる格子25が形成されている。
本発明の好適な一実施例において、タッチ入力が進行される画面21は、タッチによる使用者の入力が必要な画面であり、多様なコンピュータ装置により生成され得る。特に、画面21は、使用者のタッチ入力により発生する振動を周辺に伝播できる媒質上にディスプレイされるのが好ましい。例えば、グラス、プラスチック及び木板などのような媒質上にプロジェクタなどで投影される画面や、別途のタッチ入力装置が付加されないディスプレイ装置上の画面などを例示できる。
タッチ入力が進行される画面21の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチプレート20を媒質として全方向に伝播され、センサーバー10に形成されている格子25に到達する。このように、打点から伝播される弾性波が各格子25に到達すれば、圧電体からなる各格子25は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
このような弾性波は、タッチ入力が進行される画面21のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチ入力が進行される画面をタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子25に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
打点からそれぞれの格子25は弾性波や振動波を吸収するが、格子25が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子25の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子25は電気信号を発生させる。ここで、格子25の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
現在、圧電体として広く用いられるPZT材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Pb(Zr、Ti)O3の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に対する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(AFM)や超音波モーターなどに応用されている。
このように、圧電体からなる格子25は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子25や導線などにより信号処理部30と電気的に連結している。
図19bは、本発明のまた他の実施例に係る第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12として用いられるセンサーバー10の構造を示す図である。
このとき、本発明の好適な実施例に係るセンサーバー10の一側端には、センサーバー10の端部境界線を逸脱するタッチを認識するための境界線検出部26がさらに形成され得る。これは、図19bに示すように、センサーバー10の端部を越えた領域に対してなされたタッチ(P)を認識するためのもので、格子25と同じ材質であり得る。
本発明の好適な実施例において、タッチが必要な画面は、センサーバー10の端部境界線内に位置することになるが、図19bに示すように、端部境界線を逸脱する外部領域にタッチが行われると、タッチにより発生する振動を境界線検出部26が受信するので、境界を逸脱したタッチか否かを認識できる。
また、本発明の好適な一実施例において、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12が、タッチ入力が進行される画面21の側面に結合される場合、第1のセンサーバー11の一端と、第2のセンサーバー12の他端とを構造的に結合させることができる。このような結合形態は、当業者の選択により分離型又は一体型であり得る。一体型の場合には、タッチ入力が進行される画面21の水平(X)側に対応する部分が第1のセンサーバー11に相当し、タッチ入力が進行される画面21の垂直(Y)側に対応する部分が第2のセンサーバー12に相当する。
図20は、本発明のまた他の実施例に係る第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12を垂直方向に結合させるバー固定部18を含む、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。バー固定部18は、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12が、タッチ入力が進行される画面の水平(X)及び垂直(Y)の側面に対応して位置できるように、センサーバー11、12の一側端とそれぞれ結合される。
本発明の好適な一実施例において、タッチ入力が進行される画面21は、タッチによる使用者の入力が必要な画面であり、多様なコンピュータ装置により生成され得る。特に、画面21は、使用者のタッチ入力により発生する振動を周辺に伝播できる媒質上にディスプレイされるのが好ましい。例えば、グラス、プラスチック及び木板などのような媒質上にプロジェクタなどで投影される画面や、別途のタッチ入力装置が付加されないディスプレイ装置上の画面などを例示できる。
信号処理部30は、格子25から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを備えるのが好ましい。A/Dコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、DASという。DASは、センサー、A/Dコンバータ及びコンピュータなどで構成される。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、A/Dコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びA/Dコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
このように、本発明の信号処理部30は、圧電体からなる格子25により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部40で打点の位置を正確に算出できる。
好ましくは、本発明の一実施例に係る打点算出部40は、当業者の選択によりMCUを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部30で抽出された各格子25のデジタル信号を、タッチ入力が進行される画面21上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子25から受信された信号のX座標及びY座標を抽出し、MCUから最初信号の格子25のX座標及びY座標を抽出して、打点の位置を算出する。
このような構成により、タッチ入力が進行される画面21の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動波や弾性波が発生する。発生した弾性波は、タッチ入力が進行される画面21の媒質により全方向に伝播され、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に形成されている格子25に到達する。このように、打点から伝播される弾性波が各格子25に到達すれば、圧電体からなる各格子25は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
各格子25から発生した電気信号は、信号処理部30で受信され、デジタル信号に変換し、打点算出部40でデジタル信号を分析して打点の位置を算出する。このとき、本発明の好適な一実施例に係る打点算出部40は、まず、最初に弾性波信号を受信した格子25の位置を抽出する。格子25の位置が算出されると、タッチ入力が進行される画面21のマトリックス上において、抽出された格子25の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
このような弾性波は、タッチ入力が進行される画面21の媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチ入力が進行される画面をタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子25に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
それぞれの格子25は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子25が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子25の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子25は電気信号を発生させる。ここで、格子25の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
現在、圧電体として広く用いられるPZT材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Pb(Zr、Ti)O3の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(AFM)や超音波モーターなどに応用されている。
このように、圧電体からなる格子25は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子25や導線などにより信号処理部30と電気的に連結している。
信号処理部30では、それぞれの格子25から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子25の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
打点算出部40は、各格子25の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子25の地点を打点(P)のX座標及びY座標に設定し、打点の位置を算出する。
信号送信部50は、打点算出部40で算出された打点の位置情報を外部に伝送する。ここで、外部は、打点の位置情報を必要とする外部コンピュータ装置を意味し、好ましくはタッチ入力が進行される画面21を生成する装置と同一である。外部装置と信号送信部50とが、有線で連結されれば、有線で位置情報を伝送でき、無線で連結されれば、無線で打点位置情報を伝送できる。本発明に適用可能な無線通信方式に対する制限はない。Bluetooth(登録商標)方式による直接通信方式に連結でき、WiFi(登録商標)方式による間接通信方式に連結できる。また、Zigbee(登録商標)、WLAN、HomeRFなどのような他種の無線通信方式も可能である。
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子25が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部30及び打点算出部40から信号が受信されて最初信号を抽出し、これをX座標及びY座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
図21aは、本発明に係るまた他の実施例として、タッチ入力が進行される画面21の側面のうち、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12が結合されていない対向側面に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に対応する追加側面バー13、14がさらに結合された、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
このような追加側面バー13、14は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12を構造的に支持するための構成である。本発明の好適な実施例における追加側面バーは、図21aに示すように、別途の圧電体からなる格子バーが形成されていない平凡なバーであり得る。
本発明の好適な一実施例において、第1のセンサーバー11、第2のセンサーバー12及び各センサーバー11、12の対応位置に結合された追加側面バー13、14の隣接した端部は、分離型又は一体型で形成され得る。或いは、図20に示すようにバー固定部をさらに含むことができる。
図21bは、本発明に係るまた他の実施例として、タッチ入力が進行される画面21の側面のうち、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12が結合されていない対向側面に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12に対応する追加側面バー13、14がさらに結合された、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
このような追加側面バー13、14は、本発明の一実施例に係るタッチセンサーシステムに対する使用の便宜性と共に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12を構造的に支持するための構成である。本発明の好適な実施例における追加側面バーは、図21bに示すように、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12のように圧電体からなる格子が一側面に形成されることもできる。
本発明の好適な一実施例において、第1のセンサーバー11、第2のセンサーバー12及び各センサーバー11、12の対応位置に結合された追加側面バー13、14の隣接した端部は、分離型又は一体型で形成され得る。或いは、図20に示すようにバー固定部をさらに含むことができる。
図22は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムの活用例を示す図である。図22には、本発明の一実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムにより、プロジェクタ80から投影される画面に対するタッチの入力を受け、打点に関する情報を外部コンピュータ装置70に提供する過程を説明するための図である。
図22に示すように、コンピュータ装置70がタッチ入力が必要な画面21を生成してプロジェクタ80に送信すれば、プロジェクタ80が画面21を壁面に投影する。ここで、壁面は、タッチにより弾性波が発生して周辺に伝播される媒質として役割を果たす。このとき、本発明の実施例は、圧電体からなる格子25が一側面に形成される第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12を、タッチ入力が必要な画面21の水平(X)及び垂直(Y)の側面に合せて、壁面に結合させる。特に、第1のセンサーバー11及び第2のセンサーバー12は、バー固定部18により端部が結合されているため、画面21の水平(X)及び垂直(Y)の側面に合せて垂直をなしている。
タッチ入力が進行される画面21上にディスプレイされた画面に対してタッチ入力(P)がある場合、第1のセンサーバー11、第2のセンサーバー12、信号処理部30及び打点算出部40により、タッチが発生した打点(P)に関する位置情報が算出される。このように算出された打点(P)に関する位置情報は、信号送信部50によりコンピュータ装置70に伝送される。このとき、信号送信部50及びコンピュータ装置70は、それぞれ無線通信装備61、62を備え、 互いに無線で連結されれば、無線で打点(P)に関する位置情報を伝送し、互いに有線65で連結されれば、有線65で打点(P)に関する位置情報を伝送する。
図23は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のシステムは、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(X)及び垂直(Y)の側面に形成される投光性シート22;それぞれの格子25と連結して電気信号を受信する信号処理部30;及び、信号処理部30で受信された信号により、各水平(X)及び垂直(Y)の側面の電気信号のうち、最初信号を抽出して格子25の位置を算出し、抽出された格子25から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部40を含む。
このように、本発明は、ディスプレイの構成要素の一つである投光性シート22の水平及び垂直の側面に圧電体からなる格子25を形成し、それぞれの格子25を電気的に連結する信号処理部30と、前記信号により位置を算出する打点算出部40とを含む構成を提供する。
ここで、投光性シート22は、グラスのような振動伝達率が高い材質であるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子25の地点まで損失率が低くよく伝えられて格子25に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
また、信号処理部30は、格子25から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを備えるのが好ましい。A/Dコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、DASという。DASは、センサー、A/Dコンバータ、コンピュータなどからなる。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、A/Dコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びA/Dコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
本発明の信号処理部30は、圧電体からなる格子25から弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部40で打点の位置を正確に算出できる。
好ましくは、打点算出部40は、MCUを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部30で抽出された各格子25のデジタル信号を、タッチプレート20上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子25から受信された信号のX座標及びY座標を抽出し、MCUから最初信号の格子25のX座標及びY座標を抽出して、打点の位置を算出する。
このような構成により、投光性シート22の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動を発生させる。弾性波は、投光性シート22を媒質として全方向に伝播され、各格子25に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子25に到達し、圧電体からなる各格子25は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
各格子25から発生した電気信号は、信号処理部30で受信され、デジタル信号に変換し、前記信号のうち、最初に伝達される信号の格子位置を抽出する。格子25の位置が算出されると、投光性シート22のマトリックス上において、抽出された格子25の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
このような弾性波は、投光性シート22のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレート上にタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子25に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
それぞれの格子25は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子25が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子25の変形ストレスなどが加えられることで、圧電体からなる格子25は電気信号を発生させる。ここで、格子25の間隔はナノスケールの間隔で形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
現在、圧電体として広く用いられるPZT材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Pb(Zr、Ti)O3の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(AFM)や超音波モーターなどに応用されている。
このように、圧電体からなる格子25は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子25や導線などにより信号処理部30と電気的に連結している。
信号処理部30では、それぞれの格子25から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子25の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
打点算出部40は、各格子25の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子25の地点を打点(P)のX座標及びY座標に設定し、打点の位置を算出する。
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子25が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部30及び打点算出部40から信号が受信されて最初信号を抽出し、これをX座標及びY座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
図24は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子25が何れか一側の水平(X)及び垂直(Y)の側面の第1のラインに形成され、第1のラインと対向する第2のラインに形成される投光性シート22;第1のラインの格子25及び第2のラインの格子25がそれぞれ連結されて電気信号を受信する信号処理部30;及び、信号処理部30で受信された信号により、第1のライン及び第2のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子25の位置を抽出し、最初信号の格子25の地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部40を含む。
信号処理部30及び打点算出部40は、図23の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
図24に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子25が何れか一側の水平(X)及び垂直(Y)の側面の第1のラインに形成され、第1のラインと対向する第2のラインに形成される投光性シート22を備える。四角形のディスプレイ上の4つの側面に圧電体からなる格子25を形成して、打点(P)又はタッチ点から発生した振動波や弾性波をそれぞれの格子25から受信し、これにより打点(P)の位置を抽出する。このとき、複数の打点(P)の位置を算術平均して、位置を決定する。
すなわち、何れか一側の水平(X)軸及び垂直(Y)軸上の格子25の第1のラインと、第1のラインと対向する第2のラインとを形成し、タッチすれば、四方に伝えられる弾性波が各ラインの格子25に受信される。第1のライン27及び第2のライン28のX及びYの座標基準格子25を全部考慮して、第1のライン27のX及びY(P1)、第1のライン27のX及び第2のライン28のY(P3)、第2のライン28のX及び第1のライン27のY(P4)、第2のライン28のX及びY(P2)の4つの交差点が発生でき、これらの算術平均値を打点に算出できる。勿論、第1のライン27及び第2のライン28のそれぞれの座標により算出された交差点(P1、P2、P3、P4)を算術平均して、打点(P)を算出する方法も可能である。
このように、本発明の実施例は、一つのX及びYの格子25点により打点(P)の位置を算出するものではなく、2つの座標軸ラインにより交差点を抽出し、この値を算出平均した値を打点(P)として、より正確なタッチの打点(P)を検索できる。
図25は、本発明のまた他の実施例に係る投光性シート22がパターンされる、打点の振動を用いたタッチセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、投光性シート22がメトリックス状にパターンされたものを除いては、図23の実施例と同様である。
本実施例は、ディスプレイにタッチする場合、打点(P)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(P)から格子点への最短距離は直線経路という点に着眼して、投光性シート22の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターンを形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
図26は、本発明のまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明のモバイル機器100は、ディスプレイ装置及びタッチスクリーン装置からなるディスプレイ部と、中央処理部と、通信部とを含む。タッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子が何れか一側の水平(X)及び垂直(Y)の側面に形成される投光性シート22;それぞれの格子25と連結して電気信号を受信する信号処理部30;及び、信号処理部30で受信された信号により、各水平(X)及び垂直(Y)ラインの電気信号のうち、最初信号を抽出して格子25の位置を算出し、抽出された格子25の地点から延長されるラインの交差点を用いて、打点の位置を算出する打点算出部40を含む。
ここで、モバイル機器は、携帯電話、PDA及びタブレットPCの何れか一つであるのが好ましいが、その以外にも多様なモバイル機器に適用し得る。モバイル機器は、携帯性、便利性及び耐久性が重要であるから、本発明は多様なモバイル機器に高いデザイン自由度も持って適用し得る。
このように、本発明は、モバイル機器100における出力部であるディスプレイ部のタッチスクリーン装置は、投光性シート22の側面の水平及び垂直ラインに圧電体からなる格子25を形成し、それぞれの格子25を電気的に連結する信号処理部30と、前記信号により位置を算出する打点算出部40とを含む。
ここで、投光性シート22は、グラスのような振動伝達率が高い材質であるのが好ましい。これは、振動波や弾性波が打点から格子25の地点まで損失率が低くよく伝えられて格子25に変形力を誘導することにより、電気信号発生効率を高めるためである。
また、信号処理部30は、格子25から発生するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを備えるのが好ましい。A/Dコンバータは、一般のアナログ物理量に対する測定信号をデジタル信号に変換する機器である。
電圧、電流、温度、湿度、圧力、流量、速度及び加速度などのようなアナログ物理量を測定して、コンピュータにより制御又は分析が可能であるように、デジタル値に変換して読み込む装置を、DASという。DASは、センサー、A/Dコンバータ、コンピュータなどからなる。センサーは、測定したい物理量を電圧、電流又は周波数のような電気量に変換する素子であり、A/Dコンバータは、これをコンピュータが読み込むことができる並列又は直列データに変換する装置である。殆どは、センサー及びA/Dコンバータ間に雑音を除去して必要な信号のみを抽出するためのフィルタや信号を適切なサイズに変換するための増幅器のような波形整形回路が用いられる。
このように、本発明の信号処理部30は、圧電体からなる格子25により弾性波を測定し、これを分析するためにデジタル信号に変換する機器である。このとき、フィルタや増幅器などをさらに備え、迅速且つ正確な測定信号又は受信信号を生成して、打点算出部40で打点の位置を正確に算出できる。
好ましくは、打点算出部40は、MCUを始めとする演算部と、前記位置を算出するコントローラカードとを含む。ここで、コントローラカードは、信号処理部30で抽出された各格子25のデジタル信号を、タッチプレート20上のメトリックス座標に変換して、正確な位置を指定する機器である。このようなコントローラカードにより、格子25から受信された信号のX座標及びY座標を抽出し、MCUから最初信号の格子25のX座標及びY座標を抽出して、打点の位置を算出する。
このような構成により、投光性シート22の何れか一つの地点をタッチすれば、打点から振動を発生させる。弾性波は、投光性シート22を媒質として全方向に伝播され、各格子25に到達する。このように、打点から伝播された弾性波が各格子25に到達し、圧電体からなる各格子25は弾性波により圧力又はストレスを受けるようになり、電気信号を発生させる。
各格子25から発生した電気信号は、信号処理部30で受信され、デジタル信号に変換し、前記信号のうち、最初に弾性波信号を受信した格子25の位置を抽出する。格子25の位置が算出されると、投光性シート22のマトリックス上で抽出された格子25の位置からラインを延長して会う交差点を抽出し、この地点を打点として算出する。
ここで、弾性波とは、弾性の媒質内で媒質の撹乱状態変化によりエネルギーが伝えられる波動である。よって、媒質が必要な波動は、横波や縦波と無関係に全部弾性波に属する。弾性波の例としては、空気を主に媒質とする音波、水を媒質とする水面波、地球内部物質を媒質とする地震波などがある。また、弾性波は、波動エネルギーが運動エネルギーや位置エネルギーの形態で存在するので、力学的な波動とも呼ばれる。これに対し、電磁気波は、媒質なしも伝えられるので、非弾性波である。
このような弾性波は、投光性シート22のような媒質で振動波のような形態に伝えられるが、タッチプレート上にタッチすれば、打点から弾性波が伝播される。このとき、弾性波は、打点から最短距離にある格子25に最も速く到達するようになり、この地点が打点を算出するための打点格子地点になる。
それぞれの格子25は打点から弾性波や振動波を吸収するが、格子25が圧電体からなるため、波動エネルギーによる格子25の変形ストレスなどが加えられることにより、圧電体からなる格子25は電気信号を発生させる。ここで、格子25の間隔はナノスケールの間隔に形成するのが好ましい。これは、打点の位置を正確に把握し、振動感知率を高めるためである。
圧電体は、外部の機械的な圧力が加えられる場合、物質内に分極が誘導される、或いは、外部の電場により機械的な変形が発生する材料である。電子時計に使われる水晶が代表的な応用事例である。水晶の結晶に弱い電気を流すと、結晶の方向やサイズによって一定の周波数を持って振動するが、この振動回数を計算して時計として使われる。
現在、圧電体として広く用いられるPZT材料は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、Pb(Zr、Ti)O3の造成を有する。ガスレンジ着火器、超音波発振器(加湿器、超音波探知、非破壊検査)及び圧電変圧器等に広く使われる。最近は、精密な変位が可能になり、アクチュエータ応用に関する研究が活発に進行されることにより、原子間力顕微鏡(AFM)や超音波モーターなどに応用されている。
このように、圧電体からなる格子25は、タッチにより伝えられる弾性波のため、機械的な圧力又はストレスが発生する。これにより、分極が誘導されて電気信号を発生させ、この電気信号は各格子25や導線などにより信号処理部30と電気的に連結している。
信号処理部30では、それぞれの格子25から受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、抽出された水平軸及び垂直軸上で格子25の地点から受信された信号、受信された時間又は順序を分離して区分する。
打点算出部40は、各格子25の地点から受信された電気信号のうち、最初に受信された電気信号を抽出し、電気信号を受信した格子25の地点を打点(P)のX座標及びY座標に設定し、打点の位置を算出する。
このように、本発明は、タッチ時に発生する振動波や弾性波を用いて、圧電体からなる格子25が波動によるストレスを通して電気信号を発生させ、信号処理部30及び打点算出部40で前記信号を受信して最初信号を抽出し、これをX座標及びY座標に設定して、正確な打点の位置を検索するシステム及び方法である。
このように、本発明は、従来のタッチスクリーン装置とは異なり、ITOフィルム、ドットスペーサー及び高周波発振器等のような多くの周辺機器が不要であり、簡単な格子パターン及びモバイル機器100に既に内蔵されているプロセッサーにより、認知率及び反応速度が速いタッチスクリーン装置を持つモバイル機器100を提供する。
図27は、本発明に係るモバイル機器100に適用されるタッチスクリーン装置の投光性シートの背面及び側面を示す図である。同図に示すように、投光性シート22は、振動波や弾性波の伝達率が高いグラスシートの下面の水平及び垂直の側面に数十ナノサイズの圧電体からなる格子25を形成し、上面に格子パターンを遮断する不透明のウィンドウフレーム24を形成するのが好ましい。これは、美観上、格子パターンが外部に露出されないのがよく、タッチ点の境界点を明確にするために、タッチスクリーン装置の最枠面に不透明のウィンドウフレーム24を形成するのが好ましいためである。
不透明のウィンドウフレーム24は、一定の広さを持つウィンドウフレーム形状の不透明シートを付着することができ、不透明シートをコーティングすることができる。必要に応じて多様な色を持つシートを用いることもできる。
図28は、本発明にまた他の実施例に係る打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器100に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。同図に示すように、本発明の実施例のタッチスクリーン装置は、圧電体からなる格子25が何れか一側の水平(X)及び垂直(Y)の側面の第1のラインに形成され、第1のラインと対向する第2のラインに形成される投光性シート22;第1のラインの格子25及び第2のラインの格子25がそれぞれ連結されて電気信号を受信する信号処理部30;及び、信号処理部30で受信された信号から、第1のライン及び第2のラインの電気信号のうち、各ラインの最初信号を抽出して、各ラインの格子25の位置を抽出し、最初信号格子25の地点が延長される各ラインの交差点を算術平均して、打点の位置を算出する打点算出部40を含む。
信号処理部30及び打点算出部40は、図26の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
図28に示すように、本発明の実施例は、圧電体からなる格子25が何れか一側の水平(X)及び垂直(Y)の側面の第1のラインに形成され、第1のラインと対向する第2のラインに形成される投光性シート22を備える。四角形のディスプレイ上の4つの側面に圧電体からなる格子25を形成して、打点(P)又はタッチ点から発生した振動波や弾性波をそれぞれの格子25から受信し、これにより打点(P)の位置を抽出する。このとき、複数の打点(P)の位置を算術平均して、位置を決定する。
すなわち、何れか一側の水平(X)軸及び垂直(Y)軸上の格子25の第1のラインと、第1のラインと対向する第2のラインとを形成し、タッチすれば、四方に伝えられる弾性波が各ラインの格子25に受信される。第1のライン27及び第2のライン28のX及びYの座標基準格子25を全部考慮して、第1のライン27のX及びY(P1)、第1のライン27のX及び第2のライン28のY(P3)、第2のライン28のX及び第1のライン27のY(P4)、第2のライン28のX及びY(P2)の4つの交差点が発生でき、これらの算術平均値を打点に算出できる。勿論、第1のライン27及び第2のライン28のそれぞれの座標により算出された交差点(P1、P2、P3、P4)を算術平均して、打点(P)を算出する方法も可能である。
このように、本発明の実施例は、一つのX及びYの格子25点により打点(P)の位置を算出するものではなく、2つの座標軸ラインにより交差点を抽出し、この値を算出平均した値を打点(P)として、より正確なタッチの打点(P)を検索できる。
図29は、本発明に係るまた他の実施例として、タッチスクリーン装置の投光性シートがパターンされたもので、打点の振動感知タッチセンサーを用いたモバイル機器100に利用されたセンサーシステムのブロック構成を示す図である。
図29に示すように、投光性シート22がメトリックス状にパターンされたものを除いては、図26の実施例と同様である。
本実施例は、ディスプレイにタッチする場合、打点(P)の位置から振動波や弾性波が四方に伝播されるため、打点(P)から格子点への最短距離は直線経路という点に着眼して、 投光性シート22の表面上に一定の厚さ及び間隔にマトリックス状のホームパターン23を形成すれば、弾性波の伝達率を高め、ノイズ波動を低減できることで、反応速度及び正確度の向上を図ることができる。また、パターンの厚さ及び間隔は、最高の反応速度及び正確度を総合的に判断して、最も適正値を決定して設計できる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において多様に変更することができる。